本发明涉及一种销轴及其加工方法，属于销轴加工技术领域。
背景技术：
销轴连接结构是工程中最常用的一种传力结构，比如，为满足分体运输的需要，大吨位履带起重机的吊臂与转台、杆子与转台之间均采用销轴连接。对于承载较高/尺寸较大的结构部件之间的销轴连接来说，其销轴的结构尺寸较大且受力也较大，且销轴暴露在外，极易被外力刮、碰，因此，所需要的拆装空间和拆装力都较大。而现有技术中的销轴存在很多弊端，如直销或锥销大小有限制，适用于受力不大的两零件之间；直销和锥销受铰孔的精度影响大；直销和锥销在使用一次后精度不好控制，重复利用率低；众多销轴的材料都是以普通钢制成，在强度、耐磨性、精度都还有待改善。
技术实现要素：
本发明针对现有技术所存在的缺陷，提供一种强度、硬度较高，耐磨性、精度较好的销轴。
本发明的上述目的可以通过以下技术方案得以实施：一种销轴，所述销轴由高强度的合金钢制成，所述的合金钢由以下质量百分数的化学成分组成：c：0.20％-0.50％，cr：2.50-2.80％，mo：0.30％-0.80％，b：0.30-0.60％，ti：0.40-0.60％，al：0.02％-0.20％，si≤0.10％，s≤0.030％，p≤0.030％，其余为fe。
现有普通的销轴钢42crmo的化学成分是c：0.38-0.45％；mn：0.50-0.80％；cr：0.80-1.20％；mo：0.15-0.25％；si：0.17-0.37％；s≤0.0035％；p≤0.0035％；ni≤0.030％；cu≤0.030％；其余为fe。首先，本发明在普通的高强度销轴钢42crmo的基础上降低了碳(c)，并加入较高含量的铬，同时添加了硼(b)、钛(ti)、铝(al)以弥补因降碳，省略锰(mn)造成的强度和淬透性的损失，进一步提高销轴合金钢的淬透性，进而提高销轴合金钢的硬度和强度。其次，尽管硅(si)有轻微的强化作用，也轻微能改善钢的韧性，与合金钢中的钼一起作用时，效果更好，但是过量的硅会严重影响钢的焊接性能，因此，本发明销轴钢适当降低了硅的含量，将硅的含量控制在0.10％以内。再者，本发明销轴钢在42crmo的基础上不仅省略了mn以及杂质中的cu，还额外添加了硼(b)、钛(ti)、铝(al)，用以细化晶粒，经不断试验发现，硼(b)、钛(ti)、铝(al)三种元素一起添加时产生的协同作用，可以进一步大幅度提高销轴合金钢的冲击韧性、强度及耐磨性。最后，本发明销轴合金钢通过降低s含量进而减少销轴合金钢中的非金属夹杂物，改善钢的韧塑性，提高销轴合金钢耐腐蚀性能和强度的，通过降低p含量进而降低销轴钢的变形抗力，同时减少p、s在晶界的偏聚而减轻晶界脆化。由于化学成分的改变，其显微组织也发生改变，本发明的销轴不仅在强度和硬度上能够达到高强度销轴钢应有的要求，还显著提高了销轴的耐蚀性。
在上述的销轴中，作为优选，所述销轴由高强度的合金钢制成，所述的合金钢由以下质量百分数的化学成分组成：c：0.25％-0.35％，cr：2.60-2.80％，mo：0.40％-0.60％，b：0.35-0.55％，ti：0.45-0.50％，al：0.08％-0.15％，si≤0.10％，s≤0.030％，p≤0.030％，其余为fe。
进一步优选，所述的合金钢由以下质量百分数的化学成分组成：c：0.30％，cr：2.70％，mo：0.50％，b：0.45％，ti：0.48％，al：0.12％，si≤0.10％，s≤0.030％，p≤0.030％，其余为fe。
进一步优选，所述的合金钢由以下质量百分数的化学成分组成：c：0.32％，cr：2.66％，mo：0.55％，b：0.42％，ti：0.46％，al：0.10％，si≤0.10％，s≤0.030％，p≤0.030％，其余为fe。
进一步优选，所述的合金钢由以下质量百分数的化学成分组成：c：0.25％，cr：2.80％，mo：0.40％，b：0.55％，ti：0.45％，al：0.15％，si≤0.10％，s≤0.030％，p≤0.030％，其余为fe。
进一步优选，所述的合金钢由以下质量百分数的化学成分组成：c：0.35％，cr：2.60％，mo：0.60％，b：0.35％，ti：0.50％，al：0.08％％，si≤0.10％，s≤0.030％，p≤0.030％，其余为fe。
本发明的另一个目的在于提供一种上述销轴的加工方法，所述加工方法包括如下步骤：
s1、前处理：将如上所述化学成分的销轴所用合金钢先进行酸洗除锈、风干，然后将风干后的原料在760-780℃下进行球化退火处理，均温处理5h-8h后进行磷化处理及拉丝；
s2、成型：将经上述处理后的原料在镦锻力的作用下形成销轴所需的形状，并依次进行车削、铣槽、搓丝得销轴半成品；
s3、热处理：将销轴半成品在520-540℃保温40-80min，升温至860-900℃保温40-80min，快速降温至520-550℃保温70-100min，加热至860-900℃保温40-80min，然后自然冷却至室温；
s4、表面处理：将热处理后的销轴半成品清洗除油、抛丸后，在黑色达克罗涂液中浸涂或喷涂，再经110-125℃烘烤8-15min，然后在340-350℃下固化25-35min，制得具有黑色达克罗涂层的销轴成品。
本发明销轴的加工方法先将销轴所用的合金钢进行前处理，包括球化退火处理、磷化处理等，然后加工成型得销轴，通过渗碳热处理进一步提高销轴的硬度，使硬化层深度达到0.2-0.4mm，最后通过自发式黑色达克罗处理在销轴表面形成黑色水性有机涂层，使其膜层具有极强的附着力、润滑性、消光、耐热性、耐蚀性，进而显著提高销轴的表面硬度、强度、耐蚀性。
为了保证涂层完善的性能，在黑色底涂上增加透明顶涂层，构成完整的黑色达克罗涂层体系。封闭层是采用硅酸盐水性涂料，设备与达克罗设备相同，固化温度相同，固化时间为4-8min。该涂层作为面层涂覆在黑色达克罗涂层表面，可以提高黑色达克罗的耐腐蚀能力和表面硬度。即步骤s4表面处理在黑色达克罗处理的固化后还包括封闭处理，封闭处理在硅酸盐水性涂料中进行，封闭处理的固化温度为340-350℃，固化时间为4-8min。
作为优选，在上述销轴的加工方法中，步骤s4表面处理中所述的黑色达克罗涂液包括如下组分(按重量份计数)：50份环氧树脂；20-40份黑色颜料；50-60份锌粉；0.1-0.5份分散剂；0.5-3份醇溶剂；2-10份铬酸溶液；40-100份有机溶剂。
现有技术中的黑色达克罗涂料一般含有铝粉，含铝粉的达克罗涂层外观颜色白亮，加入黑色颜料时，增加黑色遮盖的难度，为使涂层呈黑色必须加入较多的颜料，从而增加均匀分散的难度，并较大的影响涂层性能。本发明黑色达克罗涂料中不含铝粉，只加入片状锌粉，降低涂层的白度和亮度，降低黑色遮盖的难度，提高黑度。
进一步优选，黑色达克罗涂液中所述的黑色颜料为石墨、活性炭、炭黑中的一种或多种。
进一步优选，黑色达克罗涂液中所述的分散剂为十二醇聚氧乙烯醚、十四醇聚氧乙烯醚、十六醇聚氧乙烯醚中的一种或多种。
进一步优选，黑色达克罗涂液中所述的有机溶剂为苯、甲苯、二甲苯中的一种或多种。
进一步优选，黑色达克罗涂液中所述的醇溶剂为丙醇、异丙醇、正丁醇中的一种或多种。
综上所述，本发明在普通的高强度合金钢42crmo的基础上降低了碳(c)和硅(si)含量，不仅省略了mn以及杂质中的cu，还额外添加了硼(b)、钛(ti)、铝(al)，用以细化晶粒，经不断试验发现，硼(b)、钛(ti)、铝(al)三种元素一起添加时产生的协同作用，且进一步优化了其他化学成分的含量，由于化学成分的改变，其显微组织也发生改变。且采用上述配伍合理的销轴所用的合金钢先经过球化退火、磷化等处理，再加工成型得销轴半成品，然后经过特定的渗碳热处理及黑色达克罗处理制得本发明的销轴，使本发明的销轴不仅在强度和硬度上能够达到高强度销轴钢应有的要求，如硬度达25hrc，表面硬度达31hrc，还极大地提高了提高销轴的耐蚀性。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
一种销轴，所述销轴由高强度的合金钢制成，所述的合金钢由以下质量百分数的化学成分组成：c：0.20％-0.50％，cr：2.50-2.80％，mo：0.30％-0.80％，b：0.30-0.60％，ti：0.40-0.60％，al：0.02％-0.20％，si≤0.10％，s≤0.030％，p≤0.030％，其余为fe。
作为优选，所述销轴由高强度的合金钢制成，所述的合金钢由以下质量百分数的化学成分组成：c：0.25％-0.35％，cr：2.60-2.80％，mo：0.40％-0.60％，b：0.35-0.55％，ti：0.45-0.50％，al：0.08％-0.15％，si≤0.10％，s≤0.030％，p≤0.030％，其余为fe。
进一步优选，所述的合金钢由以下质量百分数的化学成分组成：c：0.30％，cr：2.70％，mo：0.50％，b：0.45％，ti：0.48％，al：0.12％，si≤0.10％，s≤0.030％，p≤0.030％，其余为fe。
进一步优选，所述的合金钢由以下质量百分数的化学成分组成：c：0.32％，cr：2.66％，mo：0.55％，b：0.42％，ti：0.46％，al：0.10％，si≤0.10％，s≤0.030％，p≤0.030％，其余为fe。
进一步优选，所述的合金钢由以下质量百分数的化学成分组成：c：0.25％，cr：2.80％，mo：0.40％，b：0.55％，ti：0.45％，al：0.15％，si≤0.10％，s≤0.030％，p≤0.030％，其余为fe。
进一步优选，所述的合金钢由以下质量百分数的化学成分组成：c：0.35％，cr：2.60％，mo：0.60％，b：0.35％，ti：0.50％，al：0.08％％，si≤0.10％，s≤0.030％，p≤0.030％，其余为fe。
上述销轴的加工方法包括如下步骤：
s1、前处理：将上述化学成分的销轴所用合金钢先进行酸洗除锈、风干，然后将风干后的原料在760-780℃下进行球化退火处理，均温处理5h-8h后进行磷化处理及拉丝；
s2、成型：将经上述处理后的原料在镦锻力的作用下形成销轴所需的形状，并依次进行车削、铣槽、搓丝得销轴半成品；
s3、热处理：将销轴半成品在520-540℃保温40-80min，升温至860-900℃保温40-80min，快速降温至520-550℃保温70-100min，加热至860-900℃保温40-80min，然后自然冷却至室温，使硬化层深度达0.2-0.4mm；
s4、表面处理：将热处理后的销轴半成品先清洗除油、抛丸，再在黑色达克罗涂液中浸涂或喷涂，接着经110-125℃烘烤8-15min，然后在340-350℃下固化25-35min，制得具有黑色达克罗涂层的销轴成品。
作为优选，步骤s4表面处理在黑色达克罗处理的固化后还包括封闭处理，封闭处理在硅酸盐水性涂料中进行，封闭处理的固化温度为340-350℃，固化时间为4-8min。
作为优选，步骤s4表面处理中所述的黑色达克罗涂液包括如下组分(按重量份计数)：50份环氧树脂；20-40份黑色颜料；50-60份锌粉；0.1-0.5份分散剂；0.5-3份醇溶剂；2-10份铬酸溶液；40-100份有机溶剂。进一步优选，黑色达克罗涂液中所述的黑色颜料为石墨、活性炭、炭黑中的一种或多种。进一步优选，黑色达克罗涂液中所述的分散剂为十二醇聚氧乙烯醚、十四醇聚氧乙烯醚、十六醇聚氧乙烯醚中的一种或多种。进一步优选，黑色达克罗涂液中所述的有机溶剂为苯、甲苯、二甲苯中的一种或多种。进一步优选，黑色达克罗涂液中所述的醇溶剂为丙醇、异丙醇、正丁醇中的一种或多种。
实施例1：一种销轴，通过如下步骤加工而成：
前处理：将如下所述化学成分的销轴所用合金钢先进行酸洗除锈、风干，然后将风干后的原料在770℃下进行球化退火处理，均温处理6h后进行磷化处理及拉丝；所述销轴钢的化学成分为：c：0.30％，cr：2.70％，mo：0.50％，b：0.45％，ti：0.48％，al：0.12％，si≤0.10％，s≤0.030％，p≤0.030％，其余为fe。
成型：将经上述处理后的原料在镦锻力的作用下形成销轴所需的形状，并依次进行车削、铣槽、搓丝得销轴半成品。
热处理：将销轴半成品在530℃保温50min，升温至880℃保温50min，快速降温至530℃保温80min，加热至880℃保温60min，然后自然冷却至室温，使硬化层深度达0.3mm。
表面处理：将热处理后的销轴半成品先清洗除油、抛丸，再在黑色达克罗涂液中浸涂或喷涂，接着经115℃烘烤12min，然后在345℃下固化30min，最后在硅酸盐水性涂料中进行封闭处理，封闭处理的固化温度为345℃，固化时间为5min，得销轴成品。其中，所述黑色达克罗涂液包括如下组分(按重量份计数)：50份环氧树脂；15份石墨、15份活性炭；55份锌粉；0.3份十二醇聚氧乙烯醚；2份丙醇溶剂；6份铬酸溶液；60份甲苯溶剂。
实施例2：一种销轴，通过如下步骤加工而成：
前处理：将如下所述化学成分的销轴所用合金钢先进行酸洗除锈、风干，然后将风干后的原料在765℃下进行球化退火处理，均温处理6h后进行磷化处理及拉丝；所述销轴钢的化学成分为：c：0.32％，cr：2.66％，mo：0.55％，b：0.42％，ti：0.46％，al：0.10％，si≤0.10％，s≤0.030％，p≤0.030％，其余为fe。
成型：将经上述处理后的原料在镦锻力的作用下形成销轴所需的形状，并依次进行车削、铣槽、搓丝得销轴半成品。
热处理：将销轴半成品在525℃保温60min，升温至870℃保温60min，快速降温至540℃保温90min，加热至870℃保温50min，然后自然冷却至室温，使硬化层深度达0.3mm。
表面处理：将热处理后的销轴半成品先清洗除油、抛丸，再在黑色达克罗涂液中浸涂或喷涂，接着经120℃烘烤10min，然后在348℃下固化32min，最后在硅酸盐水性涂料中进行封闭处理，封闭处理的固化温度为348℃，固化时间为6min，得销轴成品。其中，所述黑色达克罗涂液包括如下组分(按重量份计数)：50份环氧树脂；35份炭黑；53份锌粉；0.4份十四醇聚氧乙烯醚；1份异丙醇溶剂；4份铬酸溶液；80份苯溶剂。
实施例3：一种销轴，通过如下步骤加工而成：
前处理：将如下所述化学成分的销轴所用合金钢先进行酸洗除锈、风干，然后将风干后的原料在760℃下进行球化退火处理，均温处理6h后进行磷化处理及拉丝；所述销轴钢的化学成分为：c：0.25％，cr：2.80％，mo：0.40％，b：0.55％，ti：0.45％，al：0.15％，si≤0.10％，s≤0.030％，p≤0.030％，其余为fe。
成型：将经上述处理后的原料在镦锻力的作用下形成销轴所需的形状，并依次进行车削、铣槽、搓丝得销轴半成品。
热处理：将销轴半成品在540℃保温40min，升温至900℃保温40min，快速降温至550℃保温70min，加热至900℃保温40min，然后自然冷却至室温，使硬化层深度达0.4mm。
表面处理：将热处理后的销轴半成品先清洗除油、抛丸，再在黑色达克罗涂液中浸涂或喷涂，接着经110℃烘烤15min，然后在340℃下固化35min，最后在硅酸盐水性涂料中进行封闭处理，封闭处理的固化温度为340℃，固化时间为8min，得销轴成品。其中，所述黑色达克罗涂液包括如下组分(按重量份计数)：50份环氧树脂；20份活性炭；60份锌粉；0.1份十六醇聚氧乙烯醚；3份正丁醇溶剂；2份铬酸溶液；100份二甲苯溶剂。
实施例4：一种销轴，通过如下步骤加工而成：
前处理：将如下所述化学成分的销轴所用合金钢先进行酸洗除锈、风干，然后将风干后的原料在780℃下进行球化退火处理，均温处理6h后进行磷化处理及拉丝；所述销轴钢的化学成分为：c：0.35％，cr：2.60％，mo：0.60％，b：0.35％，ti：0.50％，al：0.08％％，si≤0.10％，s≤0.030％，p≤0.030％，其余为fe。
成型：将经上述处理后的原料在镦锻力的作用下形成销轴所需的形状，并依次进行车削、铣槽、搓丝得销轴半成品。
热处理：将销轴半成品在520℃保温80min，升温至860℃保温80min，快速降温至520℃保温100min，加热至860℃保温80min，然后自然冷却至室温，使硬化层深度达0.2mm。
表面处理：将热处理后的销轴半成品先清洗除油、抛丸，再在黑色达克罗涂液中浸涂或喷涂，接着经125℃烘烤8min，然后在350℃下固化25min，最后在硅酸盐水性涂料中进行封闭处理，封闭处理的固化温度为350℃，固化时间为4min，得销轴成品。其中，所述黑色达克罗涂液包括如下组分(按重量份计数)：50份环氧树脂；15份石墨、25份炭黑；50份锌粉；0.5份十二醇聚氧乙烯醚；0.5份异丙醇溶剂；8份铬酸溶液；50份苯溶剂、20份甲苯溶剂。
对实施例1-4的销轴的抗拉强度σb、拉伸强度σs、硬度hrc、表面硬度hrc、收缩率δ、伸长率ψ和韧性(冲击吸收功akv)进行检测，检测结果如表1所示：
表1：实施例1-4的销轴及现有技术中用42crmo通过普通加工方法制得的销轴的性能测试结果
从表1可以看出，本发明的销轴不仅在强度和硬度上能够达到高强度销轴钢应有的要求，使销轴硬度达到25hrc，表面硬度达30hrc以上，还显著提高了销轴的耐蚀性。
以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。